JP6086779B2

JP6086779B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP6086779B2
Application number: JP2013065170A
Authority: JP
Inventors: 片桐　麦; 麦片桐; 健太郎草間; 知生大類; 所司　悟; 悟所司
Original assignee: Lintec Corp
Current assignee: Lintec Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014192266A

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関するものである。

太陽の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池モジュールは、大気汚染や地球温暖化などの環境問題に対応して、二酸化炭素を排出せずに発電できるクリーンなエネルギー源として注目されている。

太陽電池モジュールは、発電効率を上げるために、様々な工夫がなされている。このような太陽電池モジュールとしては、例えば、太陽光発電素子に対する太陽光の入射角度を制御するもの、あるいは太陽電池モジュール内に入射した太陽光を当該モジュール内に閉じ込めるようにしたもの等が知られている。ここで、「閉じ込める」とは、例えば、太陽電池モジュール内に入射した太陽光が当該モジュールと空気との界面において空気中に出射することなく全反射等することをいう。

特許文献１には、回折格子を設けた太陽電池モジュールが開示されている。この太陽電池モジュールでは、当該モジュール内に入射した太陽光が回折格子において回折されて太陽電池素子に戻るように構成されている。また、回折角度が所定値以上の場合、回折された太陽光は、透明プラスチック基板において全反射する。これにより、太陽電池モジュール内に入射した太陽光を当該モジュール内に閉じ込めようとしている。

特開２００１−１２７３１３号公報

特許文献１における太陽電池モジュールでは、回折格子を用いて太陽光を当該モジュール内に閉じ込めることがある程度可能となっている。しかしながら、回折格子は、入射光を回折するための微細な加工を施すことによって形成されるため、回折格子の作製は容易ではなかった。また、特許文献１のように回折格子を設けた場合であっても、発電効率の向上は必ずしも十分ではなかった。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることの可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、太陽光入射面を有する透明基材と、前記透明基材よりも太陽から遠い側に位置し、かつ、太陽光を反射する面を有する反射面と、前記透明基材及び前記反射面の間に設けられ、太陽光発電素子を有する太陽光発電層とを備える太陽電池モジュールであって、前記反射面は、前記透明基材の前記太陽光入射面に対して非平行の第１の面及び第２の面を有し、少なくとも前記第１の面は太陽光を反射する面であり、前記第１の面と前記第２の面との境界は、前記太陽光発電層に向かって凸となる方向に峰を形成しており、前記第１の面の前記境界から離間する側の端部と、前記第２の面の前記境界から離間する側の端部との間隔は、１００μｍより大きく形成されており、かつ、前記透明基材の屈折率をｎ、前記透明基材の前記太陽光入射面に対する前記第１の面の傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｎＲ、前記透明基材の前記太陽光入射面の垂線と、前記太陽光入射面に入射する太陽光とがなす角度（狭い方の角度；太陽光入射角度）をθ_ｉｎとしたときに、下記式（ａ）
２θ_ｎＲ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｉｎ／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（ａ）
の関係を満たすことを特徴とする太陽電池モジュールを提供する（発明１）。

上記発明（発明１）に係る太陽電池モジュールでは、透明基材の屈折率ｎと、第１の面の傾斜角θ_ｎＲと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（ａ）の関係を満たすように設定することによって、太陽電池モジュールの反射面で反射した太陽光を透明基材の太陽光入射面（内側の面）で全反射させることが可能となる。かかる太陽電池モジュールによれば、反射面の第１の面における太陽光の反射と、透明基材の太陽光入射面における太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽電池モジュール内を複数回通過することが可能となる。すなわち、この太陽電池モジュールによれば、例えば回折格子等の部材を設けることなく、入射した太陽光を太陽電池モジュールにおける発電に複数回利用することができ、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができる。また、この太陽電池モジュールにおいては、第１の面と第２の面との境界から離間する側の第１の面の端部と、上記境界から離間する側の第２の面の端部との間隔を１００μｍより大きく形成したので、当該間隔が太陽光に含まれる様々な光の波長に比べて十分に長くなる。かかる太陽電池モジュールによれば、太陽光に含まれる様々な波長の光が太陽光入射面にて全反射するように、太陽光を上記反射面にて反射させることができるので、太陽光に含まれる様々な波長の光を発電に利用することができ、例えば回折格子を用いる場合と比較して発電効率を向上させることができる。

上記発明（発明１）において、前記透明基材の前記太陽光入射面に対する前記第２の面の傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｓＲとしたときに、下記式（ｂ）
θ_ｎＲ＜θ_ｓＲ …（ｂ）
の関係を満たすことが好ましい（発明２）。

上記発明（発明１，２）において、前記第１の面の面積と前記第２の面の面積との面積比は、２：１〜１０：１であることが好ましい（発明３）。

上記発明（発明１〜３）において、前記反射面は、一つの前記第１の面と一つの前記第２の面との組が、前記第１の面と前記第２の面とが交互に位置するように複数連なって、アレイ状になっていることが好ましい（発明４）。

上記発明（発明１〜４）において、前記θ_ｎＲは、１°以上３０°以下であることが好ましい（発明５）。

上記発明（発明２〜５）において、前記θ_ｓＲは、７５°以上９０°以下であることが好ましい（発明６）。

上記発明（発明１〜６）において、前記反射面を有する反射部材と、前記反射部材及び前記太陽光発電層の間に位置する透明媒体と、を備えることが好ましい（発明７）。

本発明に係る太陽電池モジュールは、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができるという優れた効果を有する。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。図１のＡ−Ａ線断面における要部拡大図である。太陽電池モジュール内を光が透過する様子を説明する図である。変形例１に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。本実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、太陽に近い側（図１中では上側）から順に、太陽光入射面１１ａを有する透明基材１１と、太陽光発電素子を有する太陽光発電層１２と、透明媒体１３と、複数の山型の反射面１４を有する反射部材１５とを積層することによって構成されている。本実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、太陽光が当該太陽電池モジュール１０内に入射した場合、反射面１４における太陽光の反射と、太陽光入射面１１ａ（内側の面）における太陽光の全反射とが交互に繰り返されることによって、太陽光が太陽光発電層１２を複数回通過することが可能となる。このため、発電における太陽光の利用効率を高めることができ、発電効率を向上させることができる。

透明基材１１は、所定の屈折率ｎ（ｎ＞１）を有し、太陽光発電層１２を衝撃、汚れ、水分の浸入等から保護し、太陽光などの光源の光を透過する基材である。透明基材１１は、光の透過率が高い透明な材料によって構成され、太陽光発電層１２における太陽に近い側における表面（図１中では上面）に積層されている。本実施形態では、透明基材１１における太陽に近い側の表面（図１中では上面）は、太陽電池モジュール１０の幅方向（図中Ｘ方向）及び長さ方向（図中Ｙ方向）に広がった平面形状を有しており、太陽光入射面１１ａとなっている。

透明基材１１は、例えば、強化ガラス、サファイアガラス、ソーダガラス等からなるガラス板、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等からなる樹脂シート又はそれら樹脂シートの積層体を用いて形成される。例えば透明基材１１がガラス板の場合には、透明基材１１の厚さ（図中Ｚ方向の寸法）は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、例えば透明基材１１が樹脂シートの場合には、透明基材１１の厚さは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、特に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

太陽光発電層１２は、光エネルギーを光電変換によって電力に変換する太陽光発電素子（図示省略）を有するシート状の層である。本実施形態の例では、太陽光発電層１２は、透明基材１１と透明媒体１３との間に積層されている。通常、太陽光発電層１２の内部では、複数の太陽光発電素子が封止材（図示省略）によって封止されている。

太陽光発電素子としては、例えば、単結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、微結晶シリコン太陽電池素子、球状シリコン太陽電池素子などのシリコン系太陽電池素子を用いることができる。また、太陽光発電素子として、カルコパイライト系（ＣＩＳ系）太陽電池素子、ＣＩＧＳ（ＣｏｐｐｅｒＩｎｄｉｕｍＧａｌｌｉｕｍＤｉＳｅｌｅｎｉｄｅ）系太陽電池素子、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）系太陽電池素子などの化合物太陽電池素子を採用することもできる。さらに、太陽光発電素子として、色素増感太陽電池素子、有機薄膜太陽電池素子、多接合型太陽電池素子、ＨＩＴ（ハイブリッド）型太陽電池素子等を用いてもよい。

封止材としては、光の透過率が高く、且つ、耐候性、耐高温、耐高湿、耐候性等の耐久性、及び電気絶縁性を有する材料が用いられることが好適である。例えば、封止材の材料は、オレフィン系樹脂であることが好ましく、特に酸素等に対するガスバリア性が高いこと、架橋が容易であること、入手のし易さ等の観点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）であることが好ましい。

太陽光発電層１２の厚さ（図中Ｚ方向の寸法）は、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、特に２μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

透明媒体１３は、太陽光などの光源の光を透過する媒体である。透明媒体１３は、光の透過率が高い透明な材料を用いて形成され、太陽光発電層１２における太陽から遠い側の面（図１中では下面）と、反射部材１５の反射面１４（図１中では反射部材１５の上面）との間に積層されている。

透明媒体１３は、例えば、上述した透明基材１１と同様の材料から構成される。具体的には、強化ガラス、サファイアガラス、ソーダガラス等のガラス、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）等のプラスチックから構成され、好ましくは、成形が容易なプラスチックから構成される。また、透明媒体１３は、太陽光発電層１２と反射部材１５とを接着する接着剤であってもよい。接着剤の種類は、透明性、耐久性等に優れたものであれば特に限定されない。

透明媒体１３の一番厚い部分における厚さＴ１（図２に示す）は、好ましくは０．００１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

透明媒体１３の厚さＴ１は、発電効率を向上させるために、反射面１４における太陽光の反射と、太陽光入射面１１ａ（内側の面）における太陽光の全反射との繰り返し回数が多くなるように、調整することが好ましい。また、光の波長によって特性の異なる複数の太陽光発電素子が太陽光発電層１２に並んで設けられている場合には、例えば、太陽光が最初に一の太陽光発電素子に当たり、反射面１４で反射した太陽光が別の太陽光発電素子に当たるように、透明媒体１３の厚さを調整することにより、発電効率を向上させることができる。

反射部材１５は、透明媒体１３を透過した光を反射する部材である。本実施形態では、反射部材１５は、透明媒体１３における太陽から遠い側の面（図１中では下面）に積層されており、反射部材１５における太陽に近い側の表面（図１中では上面）が、透明媒体１３を透過した光を反射する面を有する反射面１４となっている。

反射部材１５の反射面１４は、透明部材１１の太陽光入射面１１ａに対して非平行の第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂを有する。第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂは、それぞれ太陽電池モジュール１０の長さ方向（図中Ｙ方向）に延びた平面であって、太陽電池モジュール１０の幅方向（図中Ｘ方向）に互いに隣接するように設けられている。また、第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂの境界は頂部１４ｃを形成する。頂部１４ｃは、太陽光発電層１２に向かって凸となる方向（図１中では上方）に峰を形成する。すなわち、第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂは、太陽光発電層１２に向かって突出するように配置されている。ここで、互いに隣接する一の第１の面１４ａと一の第２の面１４ｂとの組み合わせを１組の山型反射面という。

なお、反射面１４のうち少なくとも第１の面１４ａは、透明媒体１３を透過した太陽光を反射する面であることが必要である。一方、第２の面１４ｂは、透明媒体１３を透過した太陽光を反射する面であってもよいし、反射しない面であってもよいが、反射する面であることが好ましい。透明媒体１３を透過した太陽光が第２の面１４ｂに入射したときに、第２の面１４ｂで反射することにより、太陽光が太陽光発電層１２を通過する回数が増え、また、太陽光を太陽電池モジュール１０内に閉じ込める確率を高くして、発電効率を向上させることができるからである。

反射部材１５の一番厚い部分における厚さＴ２（図２に示す）は、好ましくは０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、特に好ましくは０．０２ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

また、反射面１４における一組の山型反射面の幅Ｗ（図２に示す）は、１００μｍより大きく、好ましくは２００μｍ以上５０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３００μｍ以上２０ｍｍ以下である。なお、幅Ｗは、頂部１４ｃ（境界）から離間する側の第１の面１４ａの端部（図２中では右側の端部）と、頂部１４ｃから離間する側の第２の面１４ｂの端部（図２中では左側の端部）との太陽電池モジュール１０の幅方向（図中Ｘ方向）の間隔を示している。

ここで、例えば反射型の回折格子を太陽電池モジュールに用いた場合には、当該回折格子の波長依存性が高いことから、太陽光に含まれる様々な光のうち一部の波長の光しか全反射させることができない。つまり、発電に利用することができる光は、太陽光に含まれる様々な光のうち一部の波長の光に限られる。そこで、本実施形態の太陽電池モジュール１０では、幅Ｗを１００μｍより大きく形成することによって、太陽光に含まれる様々な光の波長に比べて当該幅Ｗを十分に大きくしている。かかる太陽電池モジュール１０では、太陽光に含まれる様々な波長の光が太陽光入射面１１ａ（内側の面）にて全反射するように、当該太陽光を反射面１４にて反射させることができるので、太陽光に含まれる様々な波長の光を発電に利用することができ、回折格子を用いた場合と比較して発電効率を向上させることができる。また、幅Ｗが上記のように大きい反射部材１５（及び透明媒体１３）は、回折格子等と比較して簡単に製造することができる。

第１の面１４ａの面積は、第２の面１４ｂの面積よりも大きく形成されていることが好ましい。第１の表面１４ａの面積と第２の表面１４ｂの面積との面積比は、好ましくは２：１〜１０：１であり、特に好ましくは３：１〜８：１であり、さらに好ましくは４：１〜６：１である。面積比をこのように設定することにより、太陽光を太陽光入射面１１ａ（内側の面）にて全反射させることの可能な、反射面１４における面積が大きくなる。これにより、太陽光を太陽電池モジュール１０内に閉じ込め易くなり、発電効率をより向上させることができる。

複数の山型反射面は、第１の面１４ａと第２の面１４ｂとが交互に位置するように連なって、アレイ状に設けられてもよい。本実施形態では、第１の面１４ａと第２の面１４ｂとが太陽電池モジュール１０の幅方向（図１中ではＸ方向）に亘って交互に位置するように連なっている。この場合、各山型反射面の第１の面１４ａがそれぞれ同じ方向を向くように設けられる。これにより、第１の面１４ａで反射した太陽光の太陽光入射面１１ａに対する入射角度を、それぞれの山型反射面ごとに揃えることが可能になる。

反射部材１５は、太陽光を反射する反射面１４を形成できる部材であれば、その材料は特に限定されるものではない。反射部材１５は、例えば、プラスチック、ガラス、セラミックス等の硬質材料を成形したものの表面に反射面１４として金属反射膜を形成したものであってもよいし、金属を成形してその表面を反射面１４としたものであってもよい。金属反射膜を構成する金属および上記金属としては、例えば、アルミニウム、銀、金、ニッケル、スズ、ジルコニウム等の金属が挙げられ、中でも、反射率が高く、緻密な層を比較的容易に形成することができるアルミニウムが好ましい。

次に、第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂそれぞれの傾斜角度について、図２を参照して説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線断面における要部拡大図である。

透明基材１１の屈折率をｎ、透明基材１１に対する太陽光の入射角度（透明基材１１の太陽光入射面１１ａの垂線Ｐ_１と、太陽光Ｌ_０とがなす狭い方の角度；太陽光入射角度）をθ_ｉｎ、透明基材１１の太陽光入射面１１ａに対する第１の面１４ａの傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｎＲとする。このとき、太陽光入射面１１ａの垂線Ｐ_１と、透明基材１１中に入射した太陽光Ｌ_１とがなす角度θ_ｉｎＴ（狭い方の角度）は、以下の式（１）のように示される。
θ_ｉｎＴ＝ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｉｎ／ｎ） …（１）

次に、透明基材１１と太陽光発電層１２との界面、及び太陽光発電層１２と透明媒体１３との界面の各々において、太陽光Ｌ_１の光軸の偏向がない場合（つまり、太陽光Ｌ_１が屈折しない場合）、あるいは入射時と出射時の２回の屈折の結果、光軸の偏向がない状態と変わらない場合であって、太陽光Ｌ_１が反射面１４の第１の面１４ａに入射した場合を仮定すると、第１の面１４ａにて反射した太陽光Ｌ_２の、透明基材１１の太陽光入射面１１ａに対する入射角度（太陽光Ｌ_２と、太陽光入射面１１ａの垂線Ｐ_２とがなす角度）θ_１Ｔは、以下の式（２）のように示される。
θ_１Ｔ＝２θ_ｎＲ＋θ_ｉｎＴ …（２）

ここで、太陽光Ｌ_２が太陽光入射面１１ａにて全反射するためには、入射角度θ_１Ｔが臨界角θ_Ｃよりも大きくなければならない。つまり、入射角度θ_１Ｔと臨界角θ_Ｃとの関係は、以下の式（３）のように示される。
θ_１Ｔ＞θ_Ｃ …（３）

なお、臨界角θ_Ｃは、スネルの法則によって、以下の式（４）のように示される。
θ_Ｃ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（４）

式（１）を式（２）に代入することにより求められた入射角度θ_１Ｔの内容と、式（４）の臨界角θ_Ｃの内容とを式（３）に代入することにより、入射角度θ_１Ｔと臨界角θ_Ｃとの関係は、以下の式（５）のように示される。
２θ_ｎＲ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｉｎ／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（５）

本実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、式（５）の関係を満たすものである。式（５）の関係を満たすように、透明基材１１の屈折率ｎと、第１の面１４ａの傾斜角θ_ｎＲと、太陽光入射角度θ_ｉｎとが設定されることにより、第１の面１４ａで反射した太陽光を、透明基材１１の太陽光入射面１１ａ（内側の面）にて全反射させることが可能となる。なお、太陽光入射角度θ_ｉｎは、時間や季節によって変化するものであるため、太陽電池モジュール１０は、上記式（５）を常時満たす必要はない。

上記第１の面１４ａの傾斜角θ_ｎＲは、太陽電池モジュール１０の設置位置における太陽光の入射角度θ_ｉｎの取りうる範囲に応じて任意に設定され得る。ただし、傾斜角θ_ｎＲの値が大きい場合には、それに応じて第２の面１４ｂの面積が大きくなることから、太陽光入射面１１ａから太陽電池モジュール１０内に入射した太陽光が第１の面１４ａに入射され難く、逆に第２の面１４ｂに入射され易くなる。このとき、第２の面１４ｂにて反射した太陽光が太陽光入射面１１ａから外部に出射され、太陽光を太陽電池モジュール１０内に閉じ込めることができない場合がある。このため、第１の面１４ａの傾斜角θ_ｎＲは、１°以上３０°以下に設定されることが好ましく、特に５°以上２５°以下に設定されることが好ましく、さらには１０°以上２０°以下に設定されることが好ましい。

また、透明基材１１の太陽光入射面１１ａに対する第２の面１４ｂの傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｓＲとしたときに、以下の式（６）の関係を満たすことが好ましい。
θ_ｎＲ＜θ_ｓＲ …（６）
太陽電池モジュール１０内に入射した太陽光は、第１の面１４ａに当たり続ける限りは、太陽光入射面１１ａでの全反射によって太陽電池モジュール１０内に閉じ込められるが、いずれは第２の面１４ｂに当たり、太陽光入射面１１ａから太陽電池モジュール１０外に出射する場合がある。しかしながら、上記の式（６）の関係を満たすことで、太陽電池モジュール１０内に入射した太陽光を第２の面１４ｂに当たり難く、第１の面１４ａに当たり易くするようにすることができ、したがって、太陽光が太陽電池モジュール１０内に閉じ込められる確率を高くすることができる。

上記を鑑みると、第２の面１４ｂの傾斜角θ_ｓＲは、７５°以上９０°以下に設定されることが好ましく、特に７８°以上８８°以下に設定されることが好ましく、さらには８０°以上８５°以下に設定されることが好ましい。

太陽電池モジュール１０は、入射した太陽光が第１の面１４ａに当たり、太陽電池モジュール１０内に閉じ込められ易くするために、第２の面１４ｂが太陽の軌道側を向くように設置することが好ましい。また、前述した式（５）の関係は、前述した透明基材１１の屈折率ｎおよび第１の面１４ａの傾斜角θ_ｎＲの好ましい数値範囲から、太陽光の入射角度θ_ｉｎが９０°に近づくほど満たし易いものとなる。したがって、太陽電池モジュール１０は、太陽光の入射角度θ_ｉｎが大きくなる時間帯（例えば朝夕の時間帯等）が存在するように設置されることが好ましい。具体的には、太陽光の入射角度θ_ｉｎが７０°以上９０°未満、好ましくは７５°以上９０°未満、特に好ましくは８０°以上９０°未満となる時間帯が存在するように設置されることが好ましい。太陽電池モジュール１０がこのように設置されることにより、発電効率が顕著に向上し、日中を通して太陽電池モジュール１０の発電量を増やすことができる。

上記太陽電池モジュール１０を製造する方法は特に限定されない。例えば、プラスチック、ガラス、セラミックス等の硬質材料により、山型を有するように反射部材１５の本体部を成形し、その山型を有する側の表面に金属反射膜を積層して反射面１４を形成し、反射部材１５を得る。あるいは、金属の塊を切削等することにより、反射部材１５を得る。得られた反射部材１５の反射面１４上に、溶融したプラスチックを積層し、これを透明媒体１３とする。得られた反射部材１５および透明媒体１３の積層体と、太陽光発電層１２と、透明部材１１とを、その順で重ね合わせ、それらを加熱しながらプレスして一体化することにより、太陽電池モジュール１０を製造することができる。このような太陽電池モジュール１０は、回折格子のような微細な加工を必要とすることなく、簡単に製造することができる。

以上のように構成された太陽電池モジュール１０に対して太陽光が入射した場合の一例を、図３を参照して説明する。図３は、太陽電池モジュール内を光が透過する様子を説明する図である。

図３に示す例では、反射面１４における各山型反射面の第２の面１４ｂが太陽の軌道側を向くように、太陽電池モジュール１が設置されている。先ず、透明基材１１の太陽光入射面１１ａに対して太陽光Ｌ_０が入射する。このときの太陽光Ｌ_０の入射角度は、θ_ｉｎである。

次に、太陽光入射面１１ａから太陽電池モジュール１０内に入射した太陽光Ｌ_１は、太陽光入射面１１ａにおいて屈折し、太陽光発電層１２に向けて進行する。なお、太陽光Ｌ_１の屈折角度は、θ_ｉｎＴである。また、太陽光発電層１２において、太陽光Ｌ_１の一部は、太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_１の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_１は、透明媒体１３を透過して、反射部材１５の第１の面１４ａにて反射する。第１の面１４ａにて反射した太陽光Ｌ_２は、透明媒体１３及び太陽光発電層１２を介して透明基材１１に向けて進行する。なお、太陽光発電層１２において、太陽光Ｌ_２の一部は、太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_２の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_２が透明基材１１の太陽光入射面１１ａに入射したとき、太陽光入射面１１ａに対する太陽光Ｌ_２の入射角度θ_１Ｔが臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_２は太陽光入射面１１ａにて全反射する。

太陽光入射面１１ａにて全反射した太陽光Ｌ_３は、太陽光発電層１２及び透明媒体１３を介して反射部材１５に向けて進行する。また、太陽光発電層１２において、太陽光Ｌ_３の一部は、太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_３の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_３は、透明媒体１３を透過して、反射部材１５の第１の面１４ａにて反射する。第１の面１４ａにて反射した太陽光Ｌ_４は、透明媒体１３及び太陽光発電層１２を介して透明基材１１に向けて進行する。なお、太陽光発電層１２において、太陽光Ｌ_４の一部は、太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_４の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

太陽光発電層１２を透過した太陽光Ｌ_４が透明基材１１の太陽光入射面１１ａに入射したとき、太陽光入射面１１ａに対する太陽光Ｌ_４の入射角度θ_２Ｔは、以下の式（７）のように示される。
θ_２Ｔ＝２θ_ｎＲ＋θ_１Ｔ …（７）

上記式（７）において、θ_１Ｔは臨界角θ_Ｃより大きいことから、太陽光Ｌ_４の入射角度θ_２Ｔは、臨界角θ_Ｃより大きい。このため、太陽光Ｌ_４は、太陽光入射面１１ａ（内側の面）にて全反射する。

太陽光入射面１１ａにて全反射した太陽光Ｌ_５は、太陽光発電層１２及び透明媒体１３を介して反射部材１５に向けて進行する。太陽光Ｌ_５の一部は、太陽光発電層１２の太陽光発電素子に入射して電気エネルギーに変換され、太陽光Ｌ_５の他の一部は、太陽光発電層１２を透過する。

このようにして、第１の面１４ａにおける太陽光の反射と、太陽光入射面１１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返される。

以上説明したように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０によれば、透明基材１１の屈折率ｎと、第１の面１４ａの傾斜角θ_ｎＲと、太陽光入射角度θ_ｉｎとを、式（５）の関係を満たすように設定することによって、太陽電池モジュール１０の反射面１４で反射した太陽光を透明基材１１の太陽光入射面１１ａ（内側の面）で全反射させることが可能となる。かかる太陽電池モジュール１０によれば、反射面１４の第１の面１４ａにおける太陽光の反射と、透明基材１１の太陽光入射面１１ａにおける太陽光の全反射とが交互に繰り返されるので、太陽光が太陽電池モジュール１０内を複数回通過することが可能となる。すなわち、この太陽電池モジュール１０によれば、例えば回折格子等の部材を設けることなく、太陽光を太陽電池モジュール１０における発電に複数回利用することができ、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができる。また、この太陽電池モジュール１０においては、頂部１４ｃ（境界）から離間する側の第１の面１４ａの端部と、頂部１２ｃから離間する側の第２の面１４ｂの端部との間隔（幅Ｗ）を１００μｍより大きく形成したので、当該間隔が太陽光に含まれる様々な光の波長に比べて十分に長くなる。かかる太陽電池モジュール１０によれば、太陽光に含まれる様々な波長の光が太陽光入射面１１ａにて全反射するように、太陽光を反射面１４にて反射させることができる。そのため、太陽光に含まれる様々な波長の光を発電に利用することができ、例えば回折格子を用いる場合と比較して発電効率を向上させることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記各実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

〔変形例１〕
上記実施形態では、第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂの各々が反射部材１５に複数設けられている場合（山型反射面が複数設けられている場合）を一例として説明したが、この場合に限られない。例えば、図４に示すように、一つの反射部材１５（太陽電池モジュール１０）につき、第１の面１４ａ及び第２の面１４ｂがそれぞれ一つずつ設けられてもよい（山型反射面が一つだけ設けられてもよい）。この場合においても、反射面１４の第１の面１４ａにおける太陽光の反射と、透明基材１１の太陽光入射面１１ａにおける太陽光の全反射とを交互に繰り返すことができ、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができる。

〔変形例２〕
上記実施形態では、透明媒体１３が太陽電池モジュール１０に設けられている場合を一例として説明したが、太陽光発電層１２と反射部材１５との間には透明媒体１３を設けなくてもよい。また、透明媒体１３は、反射部材１５に密着しない平面状のシート（いわゆるバックシート）であってもよい。これらの場合においても、反射面１４の第１の面１４ａにおける太陽光の反射と、透明基材１１の太陽光入射面１１ａにおける太陽光の全反射とを交互に繰り返すことができ、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができる。

〔変形例３〕
上記実施形態では、反射部材１５が太陽電池モジュール１０に設けられている場合を一例として説明したが、反射部材１５を太陽電池モジュール１０に設けず、透明媒体１３における太陽から遠い側の面に反射膜を形成してもよい。この場合、反射膜における透明媒体１３側の面が反射面１４となる。この場合においても、反射面１４の第１の面１４ａにおける太陽光の反射と、透明基材１１の太陽光入射面１１ａにおける太陽光の全反射とを交互に繰り返すことができ、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールは、簡単に製造できる構成で発電効率を向上させることの可能な太陽電池モジュールとして好適に用いられる。

１０…太陽電池モジュール
１１…透明基材
１１ａ…太陽光入射面
１２…太陽光発電層
１３…透明媒体
１４…反射面
１４ａ…第１の面
１４ｂ…第２の面
１４ｃ…頂部
１５…反射部材

Claims

太陽光入射面を有する透明基材と、前記透明基材よりも太陽から遠い側に位置し、かつ、太陽光を反射する面を有する反射面と、前記透明基材及び前記反射面の間に設けられ、太陽光発電素子を有する太陽光発電層と、前記太陽光発電層及び前記反射面の間に位置する透明媒体と、を備える太陽電池モジュールであって、
前記反射面は、前記透明基材の前記太陽光入射面に対して非平行の第１の面及び第２の面を有し、少なくとも前記第１の面は太陽光を反射する面であり、
前記第１の面と前記第２の面との境界は、前記太陽光発電層に向かって凸となる方向に峰を形成しており、
前記第１の面の前記境界から離間する側の端部と、前記第２の面の前記境界から離間する側の端部との間隔は、１００μｍより大きく形成されており、かつ、
前記透明基材の屈折率をｎ、
前記透明基材の前記太陽光入射面に対する前記第１の面の傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｎＲ、
前記透明基材の前記太陽光入射面の垂線と、前記太陽光入射面に入射する太陽光とがなす角度（狭い方の角度）をθ_ｉｎ
とし、前記透明基材及び前記透明媒体の屈折率を同一としたときに、下記式（ａ）
２θ_ｎＲ＋ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｉｎ／ｎ）＞ｓｉｎ^−１（１／ｎ） …（ａ）
の関係を満たす
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記透明基材の前記太陽光入射面に対する前記第２の面の傾斜角（ただし、太陽から遠い側の角度）をθ_ｓＲとしたときに、下記式（ｂ）
θ_ｎＲ＜θ_ｓＲ …（ｂ）
の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第１の面の面積と前記第２の面の面積との面積比は、２：１〜１０：１であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記反射面は、一つの前記第１の面と一つの前記第２の面との組が、前記第１の面と前記第２の面とが交互に位置するように複数連なって、アレイ状になっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
前記θ_ｎＲは、１°以上３０°以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
前記θ_ｓＲは、７５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。